Anløbningsskørhed: Fælden ved 375–575 °C i Cr-Mo-stål

Fænomenet

Anløbningsskørhed er et tab af slagsejhed, der udvikler sig, når visse legerede stål holdes i, eller afkøles langsomt gennem, omtrent området 375–575 °C. Stålets trækegenskaber og hårdhed ændrer sig knap — en del kan bestå enhver rutinetest og stadig være skør ved rumtemperatur, med den duktil-til-skør overgangstemperatur flyttet skarpt opad. Den er bedst kendt i chrom- og Cr-Mo-stål, herunder familierne 2.25Cr-1Mo og Cr-Mo-V, der bruges til trykbeholdere, rotorer og tunge bolte.

Mekanismen: urenheder ved korngrænser

Skørheden forårsages ikke af hovedelegeringselementerne selv. Sporurenheder — hovedsageligt fosfor, tin, antimon og arsen — udskiller sig til tidligere austenitkorngrænser, mens stålet befinder sig i det kritiske område, og svækker grænserne, så brud løber mellem kornene. Mangan og chrom fremmer udskillelsen; molybdæn i moderate mængder forsinker den, hvilket er én grund til, at Mo optræder i så mange trykbeholderkvaliteter.

To træk følger af mekanismen:

• Den er reversibel. Genopvarmning over området (og afkøling rimeligt hurtigt) genopløser udskillelsen og genopretter sejheden — deraf «reversibel anløbningsskørhed», adskilt fra den envejs-skørhed af anløbet martensit ved lavere temperaturer.
• Den er tidsafhængig. Korte passager gennem området gør lidt skade; lange hold, langsom ovn-afkøling af tunge sektioner og år i drift inde i området akkumulerer skade.

Hvordan specifikationer bekæmper den

Fordi årsagen er kemi, er forsvaret skrevet ind i indkøbskravene:

• Urenhedsgrænser — raffinaderier styrer P, Sn, Sb og As til lave niveauer, og købere af kritiske smedeemner specificerer kombinerede skørhedsparametre (de udbredte J-faktor- og X-bar-formler vægter disse elementer sammen) i indkøbsordren.
• Anløbningspraksis — anløb over området, hvor det er muligt, og undgå langsom afkøling gennem det i tunge sektioner; trin-afkølingstestcyklusser bruges til at kvalificere materiale til beholdere, der vil leve i området.
• Godkendelse ved slagprøvning — krav til Charpy-overgangstemperatur, undertiden efter en simuleret skørhedscyklus, verificerer den faktiske sejhed frem for at antage den.

Praktisk læsning

Hvis en Cr-Mo-komponent har tilbragt lang drift ved 400–550 °C og skal vurderes, siger hårdhed alene intet om dens sejhed. Omvendt er et nyt smedeemne, der opfylder snævre urenhedsgrænser og anløbes korrekt, ikke «i risiko» blot fordi dets anløbningstemperatur blev valgt tæt på området — fænomenet kræver urenhederne, temperaturen og tiden sammen.

Hvordan den påvises

Fordi hårdhed og trækstyrke forbliver normale, findes anløbningsskørhed ved Charpy-slagprøvning — specifikt ved forskydningen i den duktil-til-skør overgangstemperatur sammenlignet med den ikke-skørnede tilstand. Sejhed målt ved en enkelt temperatur kan vildlede; overgangskurven er beviset. Hvor en komponents historie er mistænkelig, testes prøver udboret fra delen eller forlængelser af det oprindelige smedeemne, undertiden efter en afskørnende genopvarmning for at bekræfte diagnosen: hvis sejheden vender tilbage efter genopvarmningen og den hurtige afkøling, var anløbningsskørhed — frem for permanent skade som krybning eller brintangreb — årsagen.